Elektrische Schweisseinrichtung für Rohre Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schweisseinrichtung für Rohre, welche mit Hoch frequenzenergie arbeitet und einen koaxial im Inneren des Rohres anzuordnenden ferromagnetischen Kern aufweist, um die Heizwirkung der Hochfrequenzener gie zu konzentrieren.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere, eine Ein richtung zu schaffen zum Schweissen von Rohren mit einem kleinen Innendurchmesser von z. B. weniger als 12 mm an der engsten Stelle, sie ist jedoch nicht hier auf beschränkt und kann auch beim Schweissen grösse rer Rohre Anwendung finden.
Geschweisste Rohre mit kreisrundem Querschnitt werden üblicherweise aus streifenförmigem Rohrma terial durch einen Formwalzprozess hergestellt, in wel chem ein Streifen z. B. zuerst durch Schneidewalzen geführt wird, welche die Ränder des Streifens auf die richtigen Masse beschneiden. Dann wird der Streifen durch eine Reihe von Formstufen geführt, von denen jede einen Satz von polierten Walzen mit einem be stimmten Krümmungsradius aufweist, wobei der Krümmungsradius in jeder nachfolgenden Formstufe kleiner ist als in der jeweils vorangehenden Stufe. Danach werden die Ränder des Streifens durch ein Messer voneinander entfernt gehalten, welches nach den letzten Formwalzen und vor der Schweissstufe angeordnet ist.
Das Rohr läuft dann in die Schweiss stufe, in welcher die Ränder des Rohres miteinander verschweisst werden und darauf zwischen zwei Klemmwalzen hindurch, welche die verschweissten Ränder während der Verfestigung der Schweissnaht zusammenhalten. Danach wird das Rohr aus der Schweissstufe herausgeführt, ausgeschärft, wenn nötig gezogen, und schliesslich in einzelne Längen zer schnitten und gestapelt. Dabei ist es auch bekannt, das Rohr in der Schweissstufe durch Hochfrequenz energie zu erhitzen, vorzugsweise indem es durch eine Induktions-Heizspule geführt wird. Eine solche In duktionsspule kann als Primärwicklung eines Trans formators betrachtet werden, und sie induziert einen Strom im Rohr, welches als einzige Windung einer kurzgeschlossenen Sekundärwicklung eines Transfor mators betrachtet werden kann.
Um die Heizwirkung der Spule zu konzentrieren, wird üblicherweise ein Hochimpendanzkern in die Spule eingesetzt. Dieser Kern besteht vorzugsweise aus einem Ferritmaterial, z. B. aus Ferroxcube (eingetragene Marke) oder einem ähnlichen geeigneten Material.
Es ist klar, dass es nicht ganz einfach ist, den Kern im Rohr richtig anzuordnen und in der richtigen Lage bezüglich der Schweissspule zu halten. Bei Roh ren mit grossem Innendurchmesser ist es bekannt, dieses Problem so zu lösen, dass ein Stab oder Ringe aus Ferrit oder dergleichen in einer Kapsel aus Isoliermaterial, wie Polytetrafluoräthylen, oder in einem Käfig untergebracht werden und dass die Kapsel oder der Käfig mechanisch an der richtigen Stelle gehalten wird.
Durch diese mechanischen Hal temittel wird der Kern gegen den Strom von Kühlmit teln, wie wasserlöslichem Öl, festgehalten, welches in dem gebildeten Rohr von einer Stelle in der Nähe der letzten Formwalzen aus in der Bewegungsrichtung des Rohres fliesst, um das Rohr nach der Schweissung abzukühlen. Um zu verhindern, dass die Kapsel oder der Käfig mit dem Kühlmittel von der Schweissstelle weg bewegt wird, ist sie bzw. er zum Beispiel an einem Ende an einem Draht befestigt, der in der Nähe der Eintrittsstelle des Kühlmittels in das Rohr verankert ist, wodurch sich eine ähnliche Wirkung ergibt wie etwa bei einem am einen Ende angebunde nen Boot in einem Fluss.
Solche mechanischen Haltemittel für den Hoch impedanzkern sind bei Rohren mit grossen Innen durchmessern befriedigend; sie können aber bei Roh- ren mit kleinen Innendurchmessern nicht verwendet werden, da im Inneren des Rohres nicht genügend Platz für den Ferritkern und die Kapsel oder den Käfig vorhanden ist. Bei kleinen Rohren war es daher bisher üblich, den Ferritkern, ohne irgend einen Be hälter, in das Rohr und damit in den Kühlmittelstrom einzusetzen. Die Ferrite sind jedoch sehr spröde Materialien und können leicht springen oder brechen und, wenn kein das Ferrit einschliessendes Kunststoff rohr vorgesehen ist, werden abgebrochene Ferrit stücke mit dem Kühlmittel aus der Schweisszone entfernt und durch das gebildete Rohr abgeführt.
Das Wiederauffinden der abgebrochenen Stücke ist unter Umständen eine recht mühsame und zeitrau bende Aufgabe.
Das schon erwähnte Messer, das sich in das Innere des Rohres erstreckt und in der Regel von einem Schuh getragen ist, der vor der Schweissspule und den Klemmwalzen angeordnet ist, dient dazu, zu verhindern, dass sich die Ränder des Rohres zu früh treffen, was zur Folge haben könnte, dass die Schweissung an der unrichtigen Stelle stattfindet.
Bei anderen bekannten Schweisseinrichtungen wird kein durch das Rohr selbst strömendes Kühl mittel verwendet, sondern wird das Rohr nach dem Schweissen durch einen Kühlmantel abgekühlt. In diesen Fällen besteht die Gefahr nicht, dass abge brochene Kernteile mit dem Kühlmittel fortgespült werden. Wenn jedoch ein Kern bricht, dann fallen die Bruchstücke auf den Boden des Rohres und werden mit dem Rohr von der Schweissstelle fortgetragen.
Auch in Fällen, in denen das zu schweissende Rohr einen genügend grossen Innendurchmesser hat, um eine Einkapselung des Hochimpedanzkernes zu gestatten, ist es nicht einfach, den Kern genau an die richtige Stelle in bezug auf die Schweisseinrichtung zu bringen, da die Zugänglichkeit zum Rohrinneren in der Nähe der Schweissstelle sehr begrenzt ist, weil die Ränder des gebildeten Rohres sich fast berühren. Es ist daher wünschbar, Mittel zum genauen Einstel len der Lage des Kernes von der Aussenseite des Rohres her vorzusehen, ohne den Kern durch me chanische Mittel von aussen her bewegen zu müssen.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Schweisseinrichtung, in welcher ein nicht eingekapselter Kern auch bei Bruch des Kernes an der richtigen Stelle gehalten werden kann und in welcher die Bruchstücke nicht von der Schweissstelle entfernt werden. Ferner soll der Kern auf einfache Weise aus der Einrichtung herausgenommen werden können, wenn dies nötig ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Schweisseinrichtung für Rohre, mit einer Primärspule für die Zufuhr von Hochfrequenzenergie und mit einem koaxial im Inneren des Rohres anzuordnenden ferromagnetischen Kern zum Konzentrieren der Heiz- wirkung der Hochfrequenzenergie, welcher Kern an entgegengesetzten Enden mit je einem Endteil aus magnetisierbarem Material versehen ist, dadurch ge kennzeichnet, dass in oder bei der Einrichtung geson- derte Magnetfelderzeugungsmittel für jeden Endteil so angeordnet sind, dass jeder Endteil des im Rohr angeordneten Kernes im Magnetfeld des zugehörigen Magnetfelderzeugungsmittels liegt, um den Kern mit tels der Magnetfelder gegen Verschiebung in Rohr längsrichtung festzuhalten.
Die Endteile können an den Enden des Kernes befestigt oder an diese Enden anliegend angeordnet sein, sie können auch durch nichtmagnetische Ab standsglieder im Abstand von diesen Enden gehalten sein. Die Magnetfelderzeugungsmittel sind vorzugs weise Spulen, durch welche ein elektrischer Strom ge leitet wird und welche ein auf die Endteile einwirken des Magnetfeld aufweisen. Diese Spulen können be weglich angeordnet sein, so dass durch Verschieben der Spulen eine entsprechende Verschiebung der End- teile erzielt werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schweisseinrichtung gemäss der Er findung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 die Schliessstufe und die Schweissstufe einer Maschine zum Formen von Rohren mit kleinen Boh rungen und Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.
In der Rohr-Formmaschine, von welcher Teile dargestellt sind, wird ein Rohr kontinuierlich aus einem Aluminiumstreifen hergestellt, indem der Strei fen nacheinander durch eine Reihe von Stufen mit polierten Formwalzen gezogen wird, wobei jede Stufe einen kleineren Walzenradius als die vorangehende Stufe aufweist. Nach dem Durchlaufen der letzten Formwalzen 3 werden die Ränder des Streifens 1 durch ein Messer 2 auseinandergehalten. Das Messer 2 ist zwischen die Ränder des Rohres eingeführt, um zu verhindern, dass sich diese Ränder berühren, be vor das Rohr durch eine Spule 4 läuft. Der Spule 4 wird von einem Hochfrequenzgenerator 5 ein hoch- frequenter elektrischer Strom zugeführt.
Klemmwal zen 6 sind längs des Weges des Rohres nach der Spule 4 angeordnet und drücken das Rohr unmittelbar nach der Stelle P zusammen, bei welcher die Ränder durch lokale Erhitzung miteinander verschweisst werden, Die Erhitzung und Verschweissung wird durch den elektrischen Strom bewirkt, der in dem als kurzge schlossene Sekundärwicklung eines Transformators wirkenden Rohr durch den in der Spule 4 fliessenden Strom induziert wird. Das geschweisste Rohr wird nach den Klemmwalzen 6 durch eine (nicht darge stellte) Ausschärfstufe geführt. Dann kann es durch eine weitere Zieh-Stufe geführt und schliesslich in einzelne Längen zerschnitten und gestapelt werden.
Um das Rohr abzukühlen, wird ein wasserlösliches Öl an einer Stelle des in Bildung begriffenen Rohres in dasselbe eingeführt, und dieses Kühlmittel fliesst in der gleichen Richtung durch das Rohr wie die Rich tung, mit welcher das Rohr durch die Maschine be wegt wird. Diese Richtung ist durch einen Pfeil A angedeutet. Um die in der Schweissstufe erzeugte Wärme an einer Stelle des Rohres zu konzentrieren, nämlich an der in bezug auf die Schweissstufe feststehenden Stelle P, ist im Inneren des Rohres ein Ferrit-Stabkern 7 aus Ferroxcube angeordnet, der in einem dünnwan digen Rohr 8 aus Polytetrafluoräthylen eingeschlossen ist.
Der Stabkern 7 wird vor dem Beginn des konti nuierlichen Rohrbildungsvorganges in das Rohr einge führt und ist so angeordnet, dass er im wesentlichen koaxial zur Spule 4 der Schweisseinrichtung liegt. Der Aussendurchmesser des Stabkernes 7 ist kleiner als der Innendurchmesser des Kunststoffrohres 8, so dass zwischen dem Kern 7 und dem Rohr 8 ein Spalt vorhanden ist, durch welchen Kühlmittel fliessen kann, das durch eine Leitung 9 in das Ende des Rohres 8 eingeführt wird. Der Stabkern 7 ist im Kunststoffrohr 8 durch nicht dargestellte Abstands glieder gehalten. Die Leitung 9 ist an einer Endkappe 10 aus Stahl befestigt, die das eine Ende des Kunst stoffrohres 8 abschliesst.
Das andere Ende dieses Rohres 8 ist in ähnlicher Weise mit einer Endkappe 11 aus Stahl versehen, die einen Durchlass aufweist, durch welchen das Kühlmittel in das geschweisste Rohr abfliessen kann. Zum Festhalten des Stabkernes 7 an der gewünschten Stelle im Kunststoffrohr 8 sind nicht dargestellte Flansche vorgesehen. Zwei Spulen 12 und 13 sind um das Aluminiumrohr herum auf beiden Seiten der Spule 4 angeordnet. Vorzugs weise liegt die Spule 12 vor den letzten Schliesswalzen 3 und die Spule 13 nach den Klemmwalzen 6. Die Spulen 12 und 13 sind auf nicht dargestellten Schlit ten befestigt, so dass sie längs des Rohres verschoben werden können.
Das Rohr liegt koaxial zu den Spu len 12 und 13, und die Endkappen 10 und 11 des Kunststoffrohres 8 liegen in der Nähe der Spulen 12 und 13. Ein elektrischer Gleichstrom wird durch die Spulen 12 und 13 geleitet, und die Endkappen 10 und 11 stehen unter dem Einfluss der durch diese Spulen erzeugten Magnetfelder. Diese Magnetfelder sind kräftig genug, um die Endkappen an den gewünschten Setllen im Rohr festzuhalten, wenn Kühlmittel durch das Rohr geleitet wird.
Kühlmittel wird auch zwischen das Kunststoffrohr 8 und den Streifen 1 eingeführt, und der Aussendurch messer des Rohres 8 ist kleiner als der Innendurch messer des geschweissten Rohres, so dass das Kühl mittel zwischen den beiden hindurchfliessen und Ma terial, das sich an der Stelle P vom in Schweissung begriffenen Rohr löst, wegführen kann. Das verwen dete Kühlmittel ist vorzugsweise ein wasserlösliches öl. Die durch die Spulen 12 und 13 erzeugten, auf die Endkappen 10 und l l einwirkenden Magnetfelder wirken der Schleppkraft entgegen, die durch das Kühlmittel und die von diesem mitgenommenen, an der Schweissstelle abgelösten Materialteilchen auf das Kunststoffrohr 8 ausgeübt wird.
Da der Ferritstab kern 7 zwischen den Endkappen 10 und 11 festge halten ist, wird auch dieser Stabkern während des Schweissens an der gewünschten Stelle gehalten.
Wenn eine Prüfung des Stabkernes 7 nach einem Arbeitsgang nötig wird oder wenn dieser Kern an seinem der Stelle P benachbarten Ende bricht und dadurch die Konzentration des Magnetflusses der Spule 4 stört, dann kann der Stabkern aus dem ge schweissten Rohr entfernt werden, indem der Gleich strom in einer der beiden Spulen 12 und 13 aufrecht erhalten wird und indem diese Spule längs des Rohres an eine offene Stelle verschoben wird, wo das Kunst stoffrohr 8 mit dem Stabkern 7 aus dem Aluminium streifen 1 herausgenommen werden kann.
Stattdessen wäre es auch möglich, das Kunststoffrohr 8 mit dem Stabkern 7 in der Weise aus dem geschweissten Rohr herauszunehmen, dass die Erregung der Spulen 12 und 13 abgeschaltet und ein Magnet in das Aluminium rohr eingeführt wird, bis er eine der beiden End- kappen 10 oder 11 berührt, worauf der Magnet mit dem Kunststoffrohr 8 herausgezogen werden kann. Es ist klar, dass die Lage des Stabkernes 7 in bezug auf die Schweissstelle P durch Verschiebung der Spulen 12 und 13 relativ zur Spule 4 verändert wer den kann. Statt der Spulen 12 und 13 könnte natür lich auch ein Permanentmagnet verwendet werden, um das magnetische Feld zum Festhalten der End- kappen 10 und 11 des Kunststoffrohres 8 zu erzeu gen.
Der Stabkern 7 und das Kunststoffrohr 8 sind vorzugsweise von solcher Länge, dass die Endkappen 10 und 11 ausserhalb des Einflussbereiches der Heiz- spule 4 liegen.
Wenn der Innendurchmesser eines zu bildenden Rohres so klein ist, dass der Stabkern 7 nicht in einem Kunststoffrohr eingeschlossen werden kann, dann kann der Stabkern 7 länger ausgebildet werden, so dass er sich über den ganzen Abstand zwischen den Endkappen 10 und 11 erstreckt. Es ist jedoch in einem solchen Fall vorzuziehen, den Stabkern 7 etwa gleich lang wie den in der Zeichnung dargestellten auszubilden und mit den Endkappen 10 und 11 durch Abstandsglieder in der Form von Quarzstäben zu verbinden. Dies hat den Vorteil, dass die Gefahr einer Sättigung des Ferrit-Stabkernes durch das Magnetfeld der Spulen 12 und 13 vermieden wird und dass infolge der glatten Oberfläche der Quarzstäbe lose Material teilchen weniger leicht daran haften bleiben.
In dem beschriebenen Beispiel wurde ein Rohr aus Nichteisenmetall geschweisst. Es ist jedoch auch möglich, auf gleiche Weise Eisenrohre zu schweissen; in diesem Fall sind lediglich stärkere Magnetfelder er forderlich.
Das im beschriebenen Beispiel hergestellte Rohr hat einen kleinen Innendurchmesser; es ist jedoch klar, dass auf gleiche Weise auch grössere Rohre, d. h. Rohre mit mehr als etwa 1 cm Innendurchmesser; hergestellt werden können, obwohl es in diesen ver mutlich wirtschaftlicher wäre, den Magnetkern nach bekannten Methoden zu halten.
Obwohl die beschriebene Schweisseinrichtung eine Induktionsschweisseinrichtung ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die beschriebenen Kern- und Haltemittel können in allen elektrischen Schweiss einrichtungen verwendet werden, die mit Hochfre- quenzenergie arbeiten und einen Hochimpedanzkern aufweisen, so z. B. in Hochfrequenz-Widerstands schweisseinrichtungen.
Der Hochimpedanzkern kann auch aus einem Material bestehen, welches selbst magnetisierbar ist und durch die äusseren Magnetfelder beeinflusst wer den kann.